单片机控制的电机交流调速系统设计
根据异步电动机的转速表达式 n=(1-s)60f/p=n0。可知，当极对P不变时，均匀的改变定子供电的频率f，则可以连续的改变异步电动机的同步转速n0。达到平滑调节电动机实际运行转速n的目的。这种调速方法称为变频调速。变频调速具有很好的调速性能，应用相当广泛，是交流调速的主流。
保持V1 /F1=常数的恒压频比控制方式 在忽略定子阻抗压降后可得到V1 /F1=C1Φm ，式中C1=4.44Kn1N1为常数，因此，在变频时要维持磁通恒定，只要使V1 与F1成比例的改变即可。此时，由公式n0=(1-s)60 f1/p得，所以，带负载时转速降落Δn为Δn=sn0=60f1s/p,将异步电动机的转矩公式 T=3PU12R12/{2SF1
'П[（R1+R12/S）2+（X1+X12）2]}近似处理后得T?(3P/2?)(U1/F1)2SF1/R2?S，'R2T可以导出SF1?，由此可见，当U1/F1为恒值时，对于同一转矩T1，223PU1/2?F1sF1是基本不变的。也就是说，在恒压频比条件下改变频率时，机械特性基本是批心平行上下移动的，频率降低，转速下降， T太小将限制调速系统的带负载能力，所以在低频时，采用定子压降补偿法来适当的提高电压U1，以增强带负载的能力。从而达到比较满意的效果。
保持Tmax=常数的恒磁通控制方式 对于U1/F1=常数的控制方式，无法保证最大的转距。对于要求调速范围的的恒转距负载，则希望在整个调速范围内Tmax不变，即使保持?m恒定。可采用E1/F1=常数的恒磁通控制方式。保持Tmax=常数，此时，机械特性曲线形状不变，不同定子频率下的机械特性曲线平行，且最大转距保持不变，但由于异步电动机的感应电动势E1不好测量和控制，所以在实际应用中，采用电压补偿的方法来达到维持最大转距的目的。考虑到低频空载时，由于电阻压降减小，应减少补偿量，否则将使电动机中?m增大，导致磁路过饱和而带来的问题，故U与F1的曲线是折线。
保持Pd=常数的恒功率控制方式 变频调速时，在定子频率大于额定频率的情况下，若仍按照上述方法进行控制，则定子电压要高于额定电压，这是不允许的。所以当在频率超过额定频率时，往往使定子电压不再升高，而保持U1为额
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定电压不变，这样一来，气隙磁通就就会小于额定磁通，从而导致转距减少，保持Pd=常数时的恒功率控制方式所要求的电压与频率的协调关系。可知，
U12U12Tm?，忽略R1时；Tm?C()。额定转距Tm?C12'2F1?F124?F1[R1?R1?(x1?x2)]3PU12（式中?为过载倍数），对于恒功率调速，有TnF1?TF，可得出11n11U1F11?U1，F1只要满足U1=常数的条件，即可达到恒功率调速。 F1恒电流控制方式 在变频调速时，保持异步电动机的定子电流I1为恒值，称为恒流控制方式。I1的恒定是通过PI调节器的电流闭环调节作用来实现的。恒流变频调速与恒磁通变频调速的机械特性基本一样。都属于恒转距调速，在变频调速时，最大转距Tm是不变的，由于恒流控制限制了I1，所以恒流时的最大转距
Tm要比恒磁通时小得多，使过载能力降低。因此，这种控制方式只适用于负载不大的场合。
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2用单片机控制的交流调速
微处理器（单片机）取代模拟电路作为电动机的控制器，具有如下特点： （1）使电路更简单 模拟电路为了实现控制逻辑需要许多电子元件，使电路更复杂，采用微处理器后，绝大多数控制逻辑可通过软件来实现。
（2）可以实现较为复杂的控制 微处理器具有更强的逻辑功能，运算速度快，精度高，有大容量的存储单元。因此，有能力实现复杂的控制。
（3）灵活性和适应性 微处理器的控制方式是有软件来实现的，如果需要修改控制规律，一般不必改变系统的硬件电路，只须修改程序即可，在系统调试和升级时，可以不断尝试选择最优参数，非常方便。
( 4 ) 无零点漂移，控制精度高 数字控制不会出现模拟电路中经常遇见的零点漂移问题，无论被控量是大还是小，都可以保证足够的控制精度。
（5）可以提供人机界面，多机连网工作。
用工业控制计算机可谓功能强大，它有极高的速度，很强的运算能力和接口功能，方便的软件功能，但是由于成本高，体积过大，所以只用于大型的控制系统，可编程控制器则恰好相反，它只能完成逻辑判断，定时，记数和简单的运算，由于功能太弱，所以它只能用于简单的电动机控制。在民用生产中，通常用介于工控机和可编程控制器之间的单片机作为微处理器。本次设计就是用单片机作为电动机的控制器。
在设计中用单片机作为电动机的核心控制元件来取代模拟电路，就可以将传统的调速方案中的一些缺点避免，达到提高控制精度的目的。在本次设计中所用到的控制方式是用转差频率闭环控制。
转速开环恒压频比调速系统虽然结构简单，异步电动机在不同的频率下都能够获得较硬的机械特性曲线，但是不能保证必要的调速精度；而且在动态过程中由于不能保持所需要的转距，动态性能也很差，它只能用于对调速系统的动静态性能要求都不高的场合。如果异步电动机能像直流电动机一样，用控制电枢电流的方法来控制转距，那么就能够得到和支流电动机一样的动静态性能。转差频率控制是一种解决异步电动机电磁转距控制问题的方法，采用这种控制方案的调速系统，可以获得与直流电动机恒磁通调速相似的性能。
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转差频率控制的基本概念，原理
P由式Te?m??1''3NpI2R22W1S?'3NpU12R2/S'W1[(R1?R2/S)2?W12(Ll1?L'l2)2] 可以得出异步
'U12SW1R2电动机的机械特性方程式 Te?3Np() 令式中 '2W1(SR1?R2)?S2W12(Ll1?L'l2)2Ws?SW1，它是转差频率。 又由式 U1?Eg?4.44F1N1KN1?m 即：
'U1Eg4.44F1N1Kn1?mWR22 所以： Te?Km?m 式中 ??'22'2W1W12?(SR1?R2)?Ws(Ll1?Ll2)Km?3Np(4.44N1Kn1232)?NpN12Kn1 2?2由于异步电动机机械特性曲线上有一最大值，当转差频率小于临界转差频率（对应于电磁转距最大的转差率）时，电动机运行在稳定工作区，电动机的电流比较小；当转差率大于临界转差率时，电动机进入不稳定工作区，电动机的电流增大，转距减小。所以在调速过程中要使电动机的转差频率小于临界转差率。也就是说，异步电动机稳定工作时的转差率很小，从而 Ws?SW1也很小，可以认
'''为 SR1?R2， (Ll1?L'l2)?R2，所以Te可近似写成Te?Km?2W/Rms2。此式表明，
在转差频率Ws很小的范围内，只要能够保持气隙磁通 ?m不变，异步电动机的转距就近似与转差频率成正比，这就是说，在异步电动机中控制Ws，就能和直流电动机中控制电流一样，能够达到控制转距的目的。控制转差频率就代表了控制转距，这就是转差频率控制的基本原理。 转差频率控制的基本规律
上面只是近似找到了转距与转差频率的正比关系，可以用它表明转差频率控制的基本原理，但是这一正比关系必须有两个条件才能成立。首先转差频率Ws必须较小，即控制系统必须对Ws限幅，使其满足Ws?Wsmax；其中Wsmax?SmW1，这就是转差频率控制的基本规律之一。对Ws限Sm对应于最大转距时的转差频率。
幅的功能由转速调节器来实现。上述的第二个条件是气隙磁通必须保持恒定。异步电动机可以控制的量是定子电流I1，而I1中包括励磁电流分量I0和负载电流分
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量I2'，只有保持励磁电流分量I0恒定，才能使气隙磁通 ?m恒定，而I0和 I2'均难以直接测量，若能找到I0，I1和 Ws之间的函数关系。当负载改变引起Ws变化时，只要调节I1，使I0保持不变，问题就解决了。
图1 转差频率控制的基本规律
根据并联支路的分流公式
''R2/S?jW1L'l2R2?jWsL'L2 I0?I1'?I1'''R2/S?jW1(Ll2?Lm)R2?jWS(Ll2?Lm)1R2?Ws2L'l22取等式两侧向量的副值相等，得：I0?I1R?W(L?Lm)'222s'l22 令I0?常数，可以看出图1，它具有如下性质：（1），当Ws=0时，I0?I1，在理想空载时定子电流等于励磁电流；（2），若Ws值增大，定子电流I1也相应增
Lm?L'l2大；（3），当Ws??时， I1?I0，这是I1?f(WS)曲线的渐近线；（4），
L'l2Ws为正负值时，I1的对应值不变，I1?f(WS)左右对称。上述关系表明：只要对定子电流I1和 Ws的关系符合图1或符合I0?I11R2?Ws2L'l22R?W(L?Lm)'222s'l22 的规律，就
能保持气隙磁通 ?m 恒定，这就是转差频率控制的基本规律之二，它有函数电流发生器来实现。
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